激光测距原理资料.ppt

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1、第九章激光测距激光测距的基本公式为：c——大气中的光速t——为光波往返所需时间由于光速极快，对于一个不太大的D来说，t是一个很小的量，例：设D=15km，c=3×105km/sec则t=5×10-5sec由测距公式可知，如何精确测量出时间t的值是测距的关键。由于测量时间t的方法不同，产生了两种测距方法：脉冲测距和相位测距。一、激光测距方程（图9-1）§9-1脉冲激光测距图9-11、从测距仪发射的激光到达目标上的激光功率Pt——激光发射功率（W）Tα——大气单程透过率Kt——发射光学系统透过率At——目标面积（m2）As——光在目标处照射的面积（

2、m2）欲使激光能量充分利用，则要求At≤As，此时但当At

3、体称作“余弦幅射体”或“郎伯幅射体”。设激光发射光轴与目标漫反射面法线重合，且主要反射能量集中在1rad以内（约57°）则Ω=πu2=π式中：ρ——目标漫反射系数Tα——大气单程透过率3、测距仪光接受系统能接受到的激光功率PrPr=Pe·Ωr·KrΩr——目标对光接收系统入瞳的张角（物方孔径角）所对应的立体角Kr——接收光学系统透过率Ar——入瞳面积R——目标距离（m）所以：Pr=Pe·Kr·Ar/R2……（3）4、测距公式以（1）代（2）并代入（3）得：光电探测器可接收到的激光功率Pr为：整理得：Pr=Pt·Kt·ρ·Kr·Tα2·Ar/（A

4、S·π·R2）式中：大气透过率Tα=e-α，大气衰减系数α=2.66/V，（V：为大气能见距离km）代入上式，整理得以光电探测器所能探得的最小光功率Pmin代替上式中的探测功率Pr，则可得最大探测距离Rmax为：结论：1、激光发射能量大对测距有利：若已知脉冲激光单脉冲能量E（J），和脉宽τ（s），则可由下式求其峰值功率Pt。Pt=Et/τ例：对YAG激光器：已知τ=5ns=5×10-9sec，Et=10mJ=10×10-3J但增大单脉冲能量必须提阈值电压，这将导致1）能耗上升，2）电磁干扰增大，3）氙灯寿命减少。2、小的激光发散角：措施：增大扩

5、束准直系统的角放大率。3、高透过率光学系统；4、大的接收孔径角；5、大目标对测距有利；6、高灵敏度探测器。二、光电读数（图9-4）图9-4因为测距仪的最小脉冲正量δ为：令N=1例：设fT=150MHz=1.5×108Hz，C=3×108m三、测距精度对求偏微分，·分析ΔN产生的误差：（2）光电计数误差：可产生±1个脉冲当量的误差，且影响2次：（1）瞄准误差（图9-5）图9-5四、测距仪光学原理框图（图9-6）图9-6五、激光接收光学系统（一）激光接受光学系统的两种基本型式1、出瞳探测系统（图9-7）图9-7场镜的作用是减小探测器口径，并使孔径光

6、栏成像在光电探测器上设计时满足以下关系：式中：β为横向放大倍率，φ0为光电探器光敏面直径。解以上方程组，可得2、出窗探测系统（图9-8）图9-8（二）设计中几个光学参数的讨论1、接受物镜相对孔径和探测器光敏面（φ0）的关系。图9-9对如图9-9所示的出窗探测系统，设接收物镜口径为D，视场角为w，在象面上光斑直径为φ，则当w很小时，可用下式建立它们之间的关系：在出窗探测系统中，光敏面置于象面处，设光电探测器的光敏面为φ0，一般取：φ≤0.8φ0即2wfˊ≤0.8φ0，所以ƒ´≤注意：越大，接收能量越多，但光学系统象差愈难校正。例：若取，雪崩二极管

7、光敏面直径为：φ0=1mm2W=2.9°=50×10-3rad，则由上式可得D=3.2mm此时fˊ=16（mm）这样光探测系统显然是不合理的，因此，需要调整系统参数。例如，若将探测器换为光电倍增管，并取φ0=20mm，则上例中D=64mm，fˊ=320mm。此参数趋于合理。2、窄带干涉滤波器与视场角W之间的矛盾如图9-10，设干涉滤波器之视场角为：2W0=+5º，即W0=5º图9-10设计时要求αmax≤[W0]例：设接收系统W=25×10-3rad，则αmax=8.53°>W0=5°解决这个矛盾的办法是减小接收系统的相对孔径，或增大探测器面积

8、。一、问题的提出则脉冲激光测距中最小脉冲当量的公式：可知：δ与填充时钟脉冲的频率fT成反比，例，设fT=150MHz，C=3×108m/s则δ=1m因